Đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định đoạn đê xung yếu, đề xuất giải pháp khắc phục, áp dụng cho đoạn đê sông hồng qua thị xã sơn tây

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định đoạn đê xung yếu, đề xuất giải pháp khắc phục, áp dụng cho

người đã dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho tác giả về thời gian, tài liệu để tham gia khoá học và hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến sự quan tâm và giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học Thuỷ lợi, cùng các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện cho tác giả có

cơ hội được học tập, trau dồi nâng cao kiến thức trong suốt thời gian vừa qua

Sau cùng là cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các thành viên trong gia đình đã có những đóng góp quý báu, động viên về vật chất và tinh thần để tác giả hoàn thành luận văn này

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với

đề tài: “Đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định đoạn đê xung yếu, đề xuất giải pháp khắc phục, áp dụng cho đoạn đê sông Hồng qua thị

xã Sơn Tây” được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi

Hoàng Ngọc Bình

cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Hoàng Ngọc Bình

MỞ ĐẦU 1 

1.Tính cấp thiết của đề tài 1 

2 Mục đích của đề tài 4 

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 

3.1 Đối tượng nghiên cứu 4 

3.2 Phạm vi nghiên cứu 4 

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4 

4.1 Cách tiếp cận 4 

4.2 Các phương pháp nghiên cứu 4 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÊ SÔNG HỒNG, ĐẶC ĐIỂM ĐOẠN ĐÊ XUNG YẾU 5 

1.1 Đặc điểm hiện trạng đê sông Hồng 5 

1.1.1 Lịch sử đê sông Hồng 5 

1.1.1.1 Thời kỳ cổ và trung đại 6 

1.1.1.3 Phát triển và củng cố đê điều Hà Nội sau năm 1945 7 

1.1.1.4 Gia cố đê năm 1954 – 1965 8 

1.1.1.5 Củng cố đê điều chống địch phá hoại giai đoạn 1966-1974 9 

1.1.1.6 Giai đoạn 1975 đến nay 11 

1.1.2 Đặc điểm hiện trạng đê sông Hồng 12 

1.1.2.1 Đặc điểm địa hình – địa mạo 13 

1.1.2.3 Đặc điểm thủy văn 18 

1.2 Hiện trạng đoạn đê sông Hồng qua thị xã Sơn Tây 20 

1.2.1.2 Đặc điểm đường bờ 20 

1.2.1.3 Đặc điểm lòng sông 21 

1.2.2 Nguyên nhân gây sạt lở 21 

1.3 Các phương pháp thiết kế bảo vệ cho đoạn đê xung yếu 22 

1.3.1 Phương án 1 22 

1.3.2 Phương án 2 23 

1.3.3 Lựa chọn phương án 24 

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐOẠN ĐÊ XUNG YẾU 25 

2.1 Cơ sở phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của đê 25 

2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán 25 

2.1.2 Cơ sở phân tích ứng suất biến dạng bằng phương pháp phần tử hữu hạn 25 

2.1.2.1 Sơ lược về lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn 25 

2.1.2.2 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH 26 

2.1.3 Lựa chon phần mềm tính toán ứng suất biến dạng 28 

2.2 Cơ sở tính toán ổn định của mặt căt đê 29 

2.2.1 Phương pháp phân tích cân bằng giới hạn chia thỏi 29 

2.2.1.1 Phương pháp Bishop đơn giản 30 

2.2.1.2 Phương pháp Fellenius 31 

2.2.1.3 Phương pháp Janbu tổng quát 32 

2.2.2 Lựa chọn phần mềm tính toán ổn định 32 

3.1 Giới thiệu về hiện trạng đoạn đê sông Hồng qua thị xã Sơn Tây 35 

3.1.1 Địa hình, địa mạo đoạn đê qua thị xã Sơn Tây 35 

3.1.2 Đặc điểm địa chất khu vực tuyến đê nơi xảy ra sự cố sạt lở 41 

3.1.2.1 Vị trí các hố khoan 41 

3.1.2.2 Chiều sâu hố khoan 41 

3.1.2.3 Mô tả các lớp đất 41 

3.1.3 Đặc điểm khí tượng và thủy văn công trình 43 

3.1.3.1.Khí tượng 43 

3.1.3.2 Thủy văn công trình 44 

3.2 Tính toán trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định 47 

3.2.1 Lựa chọn mặt cắt tính toán 47 

3.2.2 Tính toán ổn định trượt mái đê 49 

3.2.3 Tính toán ứng suất – biến dạng 50 

3.2.4 Kết quả tính toán 50 

3.2.4.1 Tính toán ổn định trượt mái 50 

3.2.4.2 Tính toán ứng suất – biến dạng 54 

3.3 Lựa chọn kết cấu bảo vệ đoạn đê, tính toán trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định của đoạn đê 62 

3.3.1 Các chỉ tiêu thiết kế 63 

3.3.2 Hình thức kết cấu bảo vệ bờ 63 

3.3.3 Các thông số thiết kế công trình kè 63 

3.3.3.1 Mực nước thi công kè 63 

3.3.3.4 Cao trình đỉnh chân kè 65 

3.3.3.5 Tính toán cọc xi măng đất 66 

3.3.4 Tính toán ứng suất biến dạng và ổn định công trình sau khi đã xử lý sự cố sạt lở 69 

3.3.4.1 Trường hợp tính toán 69 

3.3.4.2 Tính toán ổn định mái 69 

3.3.4.3 Tính toán ứng suất – biến dạng 72 

3.4 Kết luận 80 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 

1 Kết quả đạt được trong luận văn 81 

2 Hạn chế, tồn tại trong quá trình thực hiện 81 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 

Tiếng Việt 82 

Tiếng Anh 83 

Hình 2: Một số hình ảnh về hiện tượng lún sụt, sạt trượt 3 

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực hệ thống sông Hồng – Thái Bình 6 

Hình 1.2: Sơ đồ chuyển dòng Sông Hồng khu vực Vân Cốc 14 

Hình 2.1: Các dạng phần tử thường sử dụng trong PTHH 26 

Hình 2.2: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định 29 

Hình 3.1: Vị trí khu vực sạt lở 35 

Hình 3.2: Đống cát còn lại tại vị trí lún sụt 36 

Hình 3.3: Đất lún sụt bị đẩy trồi ra phía sông 36 

Hình 3.4:Đất lún sụt có nhiều vết nứt 37 

Hình 3.5: Nhiều đống cát quanh khu vực lún sụt 37 

Hình 3.6: Khu vực lún sụt nhìn về phía thượng lưu sông Hồng 38 

Hình 3.7: Hình ảnh khối trượt nhìn lên đỉnh đê hữu Hồng 39 

Hình 3.8: Phần chân khối trượt 39 

Hình 3.9: Hố sụt sâu khoảng 12m 40 

Hình 3.10: Vết nứt rộng khoảng 10cm trên bãi sông 40 

Hình 3.11: Kè đá cũ bị đẩy dịch ra phía sông 47m 41 

Hình 3.13: Biểu đồ độ ẩm 44 

Hình 3.14: Mặt cắt C5 tại vị trí đầu tuyến công trình 48 

Hình 3.15: Mặt cắt C12 tại vị trí giữa tuyến công trình 48 

Hình 3.16: Mặt cắt C18 tại vị trí cuối tuyến công trình 48 

Hình 3.17: Bình đồ tổng thể tuyến công trình 49 

Hình 3.18: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C5 (TH1) 50 

Hình 3.19: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C5 (TH2) 51 

Hình 3.20: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C12 (TH1) 52 

Hình 3.21: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C12 (TH2) 52 

Hình 3.24: Trường ứng tiếp lớn nhất 55 

Hình 3.25: Trường ứng suất tổng theo phương thẳng đứng 56 

Hình 3.26: Trường ứng suất tổng theo phương ngang 56 

Hình 3.27: Trường chuyển vị theo phương thẳng đứng 56 

Hình 3.28: Trường chuyển vị theo phương ngang 57 

Hình 3.29: Trường ứng tiếp lớn nhất 58 

Hình 3.30: Trường ứng suất tổng theo phương thẳng đứng 58 

Hình 3.31: Trường ứng suất tổng theo phương ngang 59 

Hình 3.32: Trường chuyển vị theo phương thẳng đứng 59 

Hình 3.33: Trường chuyển vị theo phương ngang 59 

Hình 3.34: Trường ứng tiếp lớn nhất 60 

Hình 3.35: Trường ứng suất tổng theo phương thẳng đứng 61 

Hình 3.36: Trường ứng suất tổng theo phương ngang 61 

Hình 3.37: Trường chuyển vị theo phương thẳng đứng 61 

Hình 3.38: Trường chuyển vị theo phương ngang 62 

Hình 3.39: Bố trí cọc xi măng đất trên mặt bằng 69 

Hình 3.40: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C5 sau khi xử lý sự cố 70 

Hình 3.41: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C12 sau khi xử lý sự cố 71 

Hình 3.42: Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C18 sau khi xử lý sự cố 72 

Hình 3.43: Trường ứng tiếp lớn nhất 73 

Hình 3.44: Trường ứng suất tổng theo phương thẳng đứng 73 

Hình 3.45: Trường ứng suất tổng theo phương ngang 74 

Hình 3.46: Trường chuyển vị theo phương thẳng đứng 74 

Hình 3.47: Trường chuyển vị theo phương ngang 74 

Hình 3.48: Trường ứng suất tiếp lớn nhất 76 

Hình 3.51: Trường chuyển vị theo phương thẳng đứng 77 

Hình 3.52: Trường chuyển vị theo phương ngang 77 

Hinh 3.53: Trường ứng suất tiếp lớn nhất 78 

Hình 3.54: Trường ứng suất tổng theo phương thẳng đứng 79 

Hình 3.55: Trường ứng suất tổng theo phương ngang 79 

Hình 3.56: Trường chuyển vị theo phương thẳng đứng 79 

Hình 3.57: Trường chuyển vị theo phương ngang 80 

Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 42

Bảng 3.2 Các đặc trưng yếu tố thủy văn trạm Sơn Tây 45

Bảng 3.3: Lưu lượng phù sa trước và sau khi có thủy điện Hòa Bình 47

Bảng 3.4: Kết quả tính toán cho mặt cắt C5 51

Bảng 3.5: Kết quả tính toán cho mặt cắt C12 53

Bảng 3.6: Kết quả tính toán cho mặt cắt C18 54

Bảng 3.7: Mực nước trung bình năm mùa kiệt trạm Sơn Tây (tương ứng K30+700 đê hữu Hồng) từ năm 1971-2006 (Đơn vị tính: cm) 63

Bảng 3.8: Thông số cọc xi măng đất 68

Bảng 3.9: Thông số diện tích nền gia cố 68

Bảng 3.10: Chỉ tiêu tính toán tương đương 68

Bảng 3.11: Kết quả tính toán cho mặt cắt C5 70

Bảng 3.12: Kết quả tính toán cho mặt cắt C12 71

Bảng 3.13: Kết quả tính toán cho mặt cắt C18 72

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Thủ đô Hà Nội có 5 con sông chính chảy qua: Sông Đà, sông Hồng, sông Đuống, sông Cầu và sông Cà Lồ Ngoài ra còn các sông nội địa: sông Đáy, sông Tích, sông Bùi, sông Thanh Hà Cùng với các sông là hệ thống công trình phòng lũ chạy dọc dòng chảy, bao gồm có 20 tuyến đê chính với tổng chiều dài 469,913 Km và 25 tuyến đê bối với tổng chiều dài 82,537 Km Trên các tuyến đê có 120 kè lát mái hộ bờ với tổng chiều dài là 148,889 Km

Trong những năm vừa qua (từ năm 2005 đến năm 2011) trên các tuyến hữu Đà, tả-hữu Hồng và tả-hữu Đuống (đoạn qua thành phố Hà Nội) đã gia cố được gần 90km kè hộ chân, trong đó có gần 50km kè hộ chân lát mái Việc đầu tư xây dựng công trình kè đã từng bước hạn chế được sạt lở tại các khu vực có diễn biến sạt lở, đảm bảo an toàn cho các tuyến đê, an toàn tính mạng, tài sản của các hộ dân sống ven bờ sông, giảm thiểu thiệt hại, góp phần ổn định dân cư, phát triển sản xuất, phát triển kinh tế - xã hội của khu vực

Do ảnh hưởng của sự thay đổi thời tiết và sự biến đổi khí hậu toàn cầu, mực nước trên các sông, đặc biệt là sông Đà, sông Hồng, sông Đuống thường xuyên có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mùa (mùa lũ và mùa kiệt lớn); bên cạnh đó do tác động của việc điều tiết hồ Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và hoạt động khai thác tập kết vật liệu của người dân đã gây ra hiện tượng sạt lở bờ sông phía hạ du diễn biến ngày càng mạnh và phức tạp, đe doạ nghiêm trọng đến an toàn công trình đê điều, tính mạng, tài sản của nhân dân, ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình phát triển kinh tế, xã hội của Thành phố

Hình 1: Một số hình ảnh về thực trạng khai thác cát

Hình 2: Một số hình ảnh về hiện tượng lún sụt, sạt trượt

tính bức thiết nhằm tìm ra giải pháp gia cố toàn bộ các vị trí hiện nay chưa có công trình bảo vệ bờ để khép kín, nối liền các tuyến kè với mục đích ngăn chặn tình hình sạt lở, giảm thiểu thiệt hại do mưa lũ gây ra trên địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng và trên cả nước nói chung

2 Mục đích của đề tài

Đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng ổn định và đề xuất giải pháp khắc phục đoạn đê xung yếu, ứng dụng cho đoạn đê sông Hồng qua thị xã Sơn Tây

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các yếu tố hình học của mặt cắt đê; Ổn định đê (trạng thái ứng suất, biến dạng và trượt mái đê); Các đặc trưng về mực nước, nước rút, gia tải, tính chất cơ lý của vật liệu đắp đê

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ thời gian có hạn, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, tính toán cụ thể cho đoạn đê hữu Hồng tương ứng đoạn từ K29+850 đến K30+050 thị xã Sơn Tây, Hà Nội

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

Tiếp cận trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học hay các phương tiện thông tin đại chúng để nắm được tổng quan về các nguyên nhân xảy ra sự cố sạt lở Từ đó nhận thấy rằng khi xử lý sự cố sạt lở thì các vấn đề đã quan tâm đến đó là: tính toán trạng thái ứng suất biến dạng

và ổn định Vì vậy với đề tài: “Đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định đoạn đê xung yếu, đề xuất giải pháp khắc phục, áp dụng cho đoạn đê sông Hồng qua thị xã Sơn Tây” tác giả sẽ giải quyết được các vấn đề nêu

trên

4.2 Các phương pháp nghiên cứu

1- Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực thủy lợi đặc biệt về đê điều

2- Phương pháp thống kê và phân tích số liệu thực đo

3- Phương pháp hệ thống điều tra thực địa

4- Tính toán phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng và ổn định bằng phương pháp phần tử hữu hạn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÊ SÔNG HỒNG, ĐẶC ĐIỂM ĐOẠN

ĐÊ XUNG YẾU

1.1 Đặc điểm hiện trạng đê sông Hồng

1.1.1 Lịch sử đê sông Hồng

Sông Hồng bắt nguồn từ dãy Ngụy Sơn, huyện Nhị Đô, tỉnh Vân Nam, Trung Quốc ở độ cao 1.776 m Nói chung nó chảy theo hướng tây bắc-đông nam, qua khu vực của người thiểu số Dai (người Tai Lu) là quận tự trị Honghe trước khi sang Việt Nam ở Hồ Khẩu, địa phận tỉnh Lào Cai, rồi chảy qua phía đông thủ đô Hà Nội trước khi đổ ra biển ở cửa Ba Lạt (ranh giới giữa hai tỉnh Thái Bình và Nam Định) Đồng bằng sông Hồng nằm trên lưu vực con sông này Các sông nhánh chính của sông Hồng có thể kể đến là sông Đà, sông Lô (với phụ lưu là sông Chảy và sông Gâm) Sông Hồng có phân lưu phía tả ngạn là sông Đuống chảy từ Hà Nội đến Phả Lại thuộc Hải Dương và sông Luộc chảy từ Hưng Yên đến Quý Châu Hai sông này nối sông Hồng với

hệ thống sông Thái Bình Phân lưu phía hữu ngạn là sông Đáy và sông Đài (còn gọi là Lạch Giang), nối sông Hồng và sông Đáy là hai sông Phủ Lý và sông Nam Định

Sông Hồng với chiều dài 1126km, qua địa phận Việt Nam là 556km chiếm 49,3%, diện tích toàn lưu vực là 155.000km2 chiếm 45.6% diện tích Ngoài ra, sông Hồng còn có tận 614 phụ lưu từ cấp 1 đến cấp 6, có những phụ lưu lớn như Đà, Lô, Chảy…nên sông Hồng có lưu lượng nước bình quân hàng nǎm rất lớn, tới 2.640 m³/s với tổng lượng nước chảy qua tới 83,5 tỷ m³, tuy nhiên lưu lượng nước phân bổ không đều Về mùa khô lưu lượng giảm chỉ còn khoảng 700 m³/s, nhưng vào cao điểm mùa mưa có thể đạt tới 30.000 m³/s Sông Hồng là con sông rất riêng của Việt Nam Con sông ấy chẳng những bồi đắp nên nền văn minh sông Hồng, một trong 36 nền văn minh của

thế giới mà còn là hệ thống sông lớn nhất miền Bắc nước ta, lớn thứ 2 trên

bán đảo Đông Dương sau sông Mêkong (sông Cửu Long) (Nguồn:

Internet)

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực hệ thống sông Hồng – Thái Bình

1.1.1.1 Thời kỳ cổ và trung đại

Sông Hồng đã tạo ra đồng bằng màu mỡ Nhưng sông Hồng cũng đã nhiều lần tàn phá những gì mà con người tạo dựng lên trên chính dải đồng bằng ấy Hàng năm vào mùa mưa, lũ sông Hồng nhiều phen cuốn sạch đi mọi thành quả xây đắp của con người Cho nên từ khi con người có mặt ở đồng bằng này là có việc trị thủy Tư liệu cổ nhất có là mấy dòng ghi trong sách Tiền Thư Hán tức bộ sử đời Tiền Hán (Thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên đến

đầu Công nguyên) mà Nguyễn Siêu đã dẫn trong bài điều trần của ông về đê điều: “Phía Tây Bắc huyện Long Biên, quận Giao Chỉ đã có đê giữ nước sông” (Quận Giao Chỉ là Bắc Bộ ngày nay, huyện Long Biên có thể là khu vực Bắc Ninh, Hà Nội ngày nay)

1.1.1.2 Thời kỳ cận đại

Khi đất nước hoàn toàn chịu sự bảo hộ của thực dân Pháp, chính quyền bảo hộ Pháp đã phải đối mặt với nạn lũ lụt Bắc Kỳ Đặc biệt sau trận lũ năm 1888 đã gây thiệt hại nặng nề cho đồng bằng sông Hồng

Trong giai đoạn từ 1885 đến 1915 chính quyền bảo hộ Pháp đã đắp thêm một số vùng để bảo vệ những vùng đô thị đông đúc và nhất là có nhiều người Pháp và cơ sở kinh tế của Pháp Đó là hệ thống đê La Thành bao quanh Hà Nội,

hệ thống đê bao quanh thành phố Nam Định Ngoài ra đắp thêm hai vùng lớn đáng kể ở tả ngạn sông Hồng Từ Vân Thượng với triền cao vùng Phúc Yên bảo

vệ vùng Bắc Đuống Vùng nữa qua tỉnh lộ 196, qua Lực Điền (Hải Hưng) để bảo

1.1.1.3 Phát triển và củng cố đê điều Hà Nội sau năm 1945

Sau năm 1945 đất nước vừa giành chính quyền Ngay từ những ngày đầu chính quyền nhà nước ta đã phải khắc phục hậu quả của lũ lụt và nạn đói

do lũ lụt và chiến tranh gây ra Đắp lại những đoạn đê đã bị vỡ Liền sau đó bước vào cuộc kháng chiến trường kỳ suốt 9 năm Hà Nội nằm trong vùng bị địch tạm chiếm Vào thời kỳ đó đê điều không những không được quan tâm

đúng mức mà còn bị phá hoại và sử dụng vào nhiều mục đích quân sự như xây dựng hầm ngầm, lô cốt trên đê, đào xẻ mặt đê để chống xe cơ giới

Trong thời gian từ năm 1945 đến 1954 chính quyền thực dân Pháp trong vùng tạm chiếm chỉ sửa sang và củng cố một số kè có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của đê như kè Phú Gia

Do đó mà tình hình đê năm 1954: Gần 9 km đê sông Hồng thuộc Thanh Trì nhỏ, mặt đê chỉ rộng 3m, gồ ghề, trơn trượt hơn khi mưa Con trạch chỉ rộng

từ 1,5m đến 2m, mái đê không đủ độ soải Hồ ao hai bên ven đê nhiều, hậu quả của những trận vỡ đê từ xa xưa

Đê Từ Liêm vừa nhỏ vừa yếu, độ cao không đều Gia Lâm đã phải chống lũ cho hai triền sông Nhưng đê hầu hết mặt cắt nhỏ, nước thẩm lậu mái

đê rất nhiều Có nhiều sủi đục chân đê, đê nội thành có khá hơn, nhưng chất lượng không đồng đều, nhiều tạp chất than xỉ, đất phong hóa

Theo đánh giá chung hệ thống đê chỉ chống đỡ được mực nước lũ +12.00 tại Hà Nội

1.1.1.4 Gia cố đê năm 1954 – 1965

Sau khi Hà Nội tiếp quản 10/1954 Tháng 12/1954 huyện Thanh Trì đã đắp con trạch cao hơn 0,5m, rộng thêm 1m, khối lượng trên 1 vạn mét khối Đầu năm 1955 lại đắp ở Khuyến Lương Gia Lâm đắp ở đoạn Long Biên, Cự Khối, Đông Dư, gia cố thêm vững chắc những nơi có tổ mối Từ Liêm tu sửa hai kè Thụy Phương và Phú Gia

Ngoài đê chính, huyện Thanh Trì đắp tuyến đê bối bao gồm 7 xã: Thanh Trì, Lĩnh Nam, Trần Phú, Yên Sở, Yên Mỹ, Duyên Hà, Vạn Phúc Với diện tích 2000ha, dài 14,5km, mặt rộng từ 3m đến 4m, cao trung bình 2m, khối lượng trên

17 vạn mét khối

Từ những năm 1958 đến 1961 toàn thành phố đã huy động lực lượng đắp

đê khối lượng 1.480.000m3, tu bổ 29.000m3 đá các loại, ước tính trên 1,4 triệu ngày công

Sau những năm 1961 thành phố Hà Nội mở rộng, hệ thống đê điều tăng lên 110 km, 16 kè, 38 cống các loại Công tác xây dựng và củng cố đê vẫn được tiến hành đều đặn từng năm

Gia Lâm đắp tuyến đê sông Đuống như đoạn Nha Thôn, Hàn Lạc, Đổng Viên, kè Sen Hồ, Gia Thượng Thanh Trì đắp đoạn Thanh Lương Từ Liêm tu bổ đê Nhật Tân, Phú Gia Đông Anh kè Xuân Canh, nhà máy gạch

Sau nhiều năm lũ nhỏ, năm 1964 lũ lên vượt báo động 3 (+11.70) Đê

Hà Nội bộc lộ rõ nhiều khuyết tật, vòi đục ở Nha Thôn, bãi sủi ở hạ lưu kè Sen Hồ, hạ lưu kè Đổng Viên (Gia Lâm), các vòi nước ở hạ lưu đê Nhật Tân, Phú Thượng, Nghi Tàm (Từ Liêm), đê Bùng (Thanh Trì) Thành phố đã phải

xử lý ngay mùa lũ và sau khi lũ rút đã kịp thời củng cố đoạn đê này

Từ Liêm củng cố toàn tuyến từ Thượng Cát đến Nghi Tàm dài 12,5km, với khối lượng ngót 10 vạn mét khối, di chuyển 250 hộ dân ven đê, huy động mỗi ngày 2000 dân công

Từ năm 1961-1965 toàn thành phố đã đắp trên 2,1 triệu mét khối đất củng cố, 8.000m3 đá các loại vào kè và huy động trên 2 triệu ngày công cho công tác củng cố đê điều và phòng chống lụt bão

1.1.1.5 Củng cố đê điều chống địch phá hoại giai đoạn 1966-1974

Hệ thống đê điều Hà Nội nhằm bảo vệ chống lũ lụt cho thủ đô và những vùng đông dân cư, có nhiều công trình văn hóa kỹ thuật và quân sự vào bậc nhất

cả nước

Đế quốc Mỹ mở rộng chiến tranh ra miền Bắc Một trong những mục tiêu phá hoại là hệ thống đê điều Giai đoạn này đê điều không chỉ để phòng chống lũ mà còn có nhiệm vụ phòng chống địch phá đê Trong đó có đê

huyện Từ Liêm Đó là đoạn đê phía Tây Bắc, thượng lưu đoạn sông Hồng chảy qua thành phố

Tháng giêng năm 1966 đắp đoạn dài 1km, bao quanh bến phà Chèm,

mở rộng hạ lưu từ 20-30m, khối lượng 16.000m3 Đắp đoạn thắt hẹp Nghi Tàm từ K62 + 200 - K63 + 400 mở rộng về phía thượng lưu 20-25m, khối lượng 8.700m3 Đê bối Thượng Cát - Liên Mạc dài 5.800m, mặt rộng 4m, chống lũ báo động cấp 3 Củng cố đê Bưởi - Nhật Tân dài 3km, cao trình +10.5 đến +11.00 ngăn chống lũ tập hậu vào nội thành khi đoạn đê thuộc Từ Liêm, Đan Phượng bị vỡ Đắp đê Trung Hòa - Mễ Trì ngăn chặn nước tràn từ Đài phát thanh Việt Nam và khu công nghiệp Thượng Đình

Từ năm 1966 đến 1968 huyện Từ Liêm đắp đê chính và đê bối, khắc phục hậu quả 3 vị trí bị ném bom Khối lượng tới gần 30 vạn mét khối

Huyện Thanh Trì mặt mở rộng từ 5-6m, xóa trạch đoạn Vạn Phúc - Đông Mỹ, đắp phản áp các đoạn Lĩnh Nam, Yên Sở, Ngũ Hiệp

Huyện Gia Lâm và Đông Anh cũng tập trung nâng cao trình mặt đê, xóa trạch củng cố những vị trí ném bom

Trên 30 vị trí được tu bổ như Bát Tràng, Đa Tốn, Đông Dư, Cự Khối, Thạch Bàn, thị trấn Gia Lâm, Thanh Am, Hội Xá, Hoàng Long, Kim Sơn, Lệ Chi, Yên Thường, Yên Viên, Phù Đổng, Trung Màu

Huyện Đông Anh đắp đoạn Du Ngoại, Sáp Mai, kè Xuân Trạch, Hào Bối, Mai Lâm, Vĩnh Ngọc, Đông Trù và đắp đê bối Võng La - Hải Bối

Gia Lâm còn đắp đê bao Quán Tình, Việt Hưng, ngã ba thị trấn Yên Viên, nhà máy gạch Cầu Đuống với khối lượng 10 vạn mét khối

Hệ thống đê điều phải đối phó với lũ lớn liên tiếp những năm 1968,

1969, 1970, đặc biệt là năm 1971 đã diễn ra lũ lịch sử

Năm 1969 (+13.20), năm 1970 (+12.05), năm 1971 (+14.13), cao hơn mực nước lũ 1945 (+12.90)

1.1.1.6 Giai đoạn 1975 đến nay

Thành phố Hà Nội được mở rộng thêm các huyện ngoại thành Đê Hà Nội cũng được kéo dài trên 356km đê các loại, trong đó trên 200km sông Hồng, sông Đuống có 40 kè và trên 300 cống dưới đê Khối lượng tu sửa lớn thuộc các huyện mới sát nhập

Đặc biệt năm 1983 khu vực Phú Xá, Chương Dương bị lở bãi suốt chiều dài 800m, có nguy cơ uy hiếp hai quận Ba Đình và Hoàn Kiếm Thành phố đã cho xây dựng kè hộ bờ Phú Xá - Chương Dương dài gần 1000m, kè đá

từ chân được thả rồng đá nhiều lớp Vùng xói sâu được thả cụm cây xa bờ Khối lượng trên 1 vạn mét khối đá hộc, 9 vạn mét khối bạt đất, thả 3300 rồng

đá, 1250 cụm cây có tán, 4 vạn cây tre và trên 156.000 ngày công

Năm 1991 thành phố trả một số huyện vừa sát nhập về Hà Tây - Vĩnh Phúc, đê Hà Nội còn lại 152km đê Trong đó đê sông Hồng, sông Đuống là 110km; sông Cầu, sông Cà Lồ là 42 km, 22 kè, 96 công trình qua đê

Những năm 1992, 1993 thành phố cho lấp các đầm, hồ ao có những mạch sủi sát chân đê Thanh Trì, Hoàng Liên (Từ Liêm), xây dựng các giếng giảm áp trọng điểm sủi ở Ngũ Hiệp, lấp các vùng trũng tại Phù Đổng, Trung Màu, Sen Hồ (Gia Lâm) và từng bước khoan phụt vữa vào những đoạn đê xung yếu có nhiều khuyết tật trong đê

Đặc biệt giai đoạn từ 1986 đất nước bước sang con đường đổi mới phát triển Nhu cầu xây dựng tăng lên đột biến Hậu quả của công tác quản lý đất đai, xây dựng Cùng với yêu cầu bức thiết về nhà ở sau nhiều năm chiến tranh chưa có điều kiện giải quyết Một số trong phạm vi bảo vệ đê cũng nằm trong

hoàn cảnh đó Tình hình quản lý xây dựng chính quyền địa phương dường như không thể kiểm soát, dẫn tới tình trạng xây dựng và lấn chiếm trong phạm vi bảo vệ đê điều

Nổi bật là khu vực Nhật Tân - Yên Phụ Chính phủ đã phải trực tiếp giải quyết xử lý Tạo nên hành lang thông thoáng hai bên chân đê Trở thành một điểm mốc lịch sử cho việc cải tạo, chỉnh trang đê Hà Nội

Từ năm 1996 nhà nước đã thực hiện chương trình củng cố đê diều tuyến đê Hữu Hồng đoạn trực tiếp bảo vệ Hà Nội từ Tiên Tân (Đan Phượng) đến Vạn Phúc (Thanh Trì) Tổng chiều dài 45km bằng nguồn vốn vay ADB

Mục tiêu của chương trình về đê là: Gia cố thân đê ở những điểm xảy

ra thấm qua đê nhiều bằng công nghệ khoan phụt vữa Xây dựng tường chắn trạch và đê bằng bê tông và đá xây Những điểm có dân cư, xây dựng hành lang cứu hộ 5m cho xe cơ giới trọng tải 4 tấn đi lại Cao trình thiết kế đảm bảo +13.40m tại Hà Nội Thu nhỏ mặt trạch bằng tường chắn đá xây Mở rộng mặt đê, xây dựng hệ thống đo áp trên đê

1.1.2 Đặc điểm hiện trạng đê sông Hồng

Hiện tại đê sông Hồng tính cả 2 bên bờ có chiều dài khoảng 420km, phân bố theo các tỉnh như sau:

Bảng 1.1: Bảng thống kê chiều dài đê sông Hồng theo các tỉnh

Hình 1.2: Sơ đồ chuyển dòng Sông Hồng khu vực Vân Cốc

Đáng chú ý ở đây là ba dạng địa hình căn bản liên quan đến ổn định đê:

- Địa hình cao nằm thành dải ven theo sông, đây là loại địa hình cổ hình thành trên các sản phẩm của trầm tích Sông Hồng trong thời gian chưa có đê Trên địa hình này hầu hết là các khu vực dân cư lập lên từ lâu đời, phân bố rải rác ven đê thuộc huyện Đan Phương, Từ Liêm và Mê Linh Địa hình cao bị chia cắt mạnh bởi hoạt động của các sông nhánh Tuy nhiên, chúng được cấu tạo từ sét, sét pha bền vững làm tăng độ ổn định của đê với các tác động của dòng thấm

- Địa hình bãi bồi hiện đại chủ yếu phân bố ven sông và hiện nay đang tiếp tục diễn ra bên ngoài đê, phần lớn được cấu tạo từ sét, sét pha đặc chắc Địa hình này nằm phổ biến ven Sông Hồng Tuy nhiên nhiều chỗ có cấu tạo

từ tướng lòng rõ rệt thể hiện bằng các thành tạo hạt thô như cát mịn và nhỏ Trên bản đồ thấy rõ khu vực thuộc ngã ba Thao Đà, Liên Hồng (Ba Vì), khu vực đê Vân Cốc, khu vực kè Liên Trì, Văn Quán, Liên Mạc (Từ Liêm), Võng

La (Đông Anh), Nhật Tân (Tây Hồ), Tầm Xá (Đông Anh), cửa Đuống, Long Biên, Cự Khối, Tự Nhiên (Thường Tín), Quang Lăng (Phú Xuyên), Đây là các bãi nổi giữa sông hình thành tại các nơi sông bị chuyển dòng mạnh Địa hình thuộc dạng sóng cát khá cao so với xung quanh Một quy luật tự nhiên là

đê được đắp trên các sống cát này, hai bên là các trũng kéo dài theo dải thành các hồ ao hiện tại Đó cũng là nguyên nhân sự cố thấm sủi mạnh với nền đê

- Địa hình trũng, đầm lầy phân bố rất nhiều nơi đặc biệt các nơi thuộc phía nam khu vực Nó là kết quả của quá trình sụt lún tân kiến tạo hay là sản phẩm của sự lấp dòng không hoàn chỉnh của các lòng sông cổ bao gồm cả lòng Sông Hồng và các sông nhánh Ngoài ra, nó còn là kết quả do hoạt động đào bới của con người Địa hình trũng thường đi liền với các tướng hồ đầm lầy hiện đại hoặc cổ trên các thành tạo vũng vịnh có tướng sông biển hỗn hợp Dọc theo đê cả về thượng lưu lẫn hạ lưu nhiều hồ ao kéo dài hiện đang tồn tại

ở Thanh Trì, Phú Xuyên, Thường Tín, Đông Anh, Phúc Thọ, Nhà nước đã chi rất nhiều tiền của để lấp các hồ ao ven đê song cũng chỉ được một số nơi trọng điểm Hiện nay, sự san lấp tự phát bởi người dân không được quản lý chặt chẽ đã tạo ra lớp đất phủ bề mặt có kết cấu rất yếu

Đê được đắp từ thời Lý - Trần, vị trí và hướng của nó được quyết định theo hiện trạng hệ thống sông và địa hình hai bên bờ sông lúc đó Tuy nhiên, do hoạt động của lòng sông từ trước đó, đê được đắp qua nhiều khu vực cấu tạo lên từ tướng lòng với cát hạt mịn đến trung cho nên sự cố về thấm là không tránh khỏi

+ Thống Pleistoxen giữa - trên, hệ tầng Hà Nội (a, apQII – III1hn);

+ Thống Pleistoxen trên, hệ tầng Vĩnh Phúc (a,lQm2vp);

+ Thống Holoxen, bậc dưới- giữa hệ tầng Hải Hưng (QIV1-2hh):

b Địa tầng và các tính chất cơ lý

Theo quan điểm địa chất công trình, dựa vào các tài liệu điều tả địa chất công trình được tiến hành từ năm 1985 đến 1996 của Công ty tư vấn xây dựng Thủy lợi 1 (HEC1), Viện nghiên cứu khoa học Thủy lợi, Trường đại học Mỏ - Địa chất, có thể phân chia trầm tích Đệ tứ nền đê sông Hồng, thành các phức

hệ địa tầng nguồn gốc và các nguyên địa chất công trình (lớp đất) từ trên xuống như sau:

1) Tầng đất thân đê (kí hiệu: 1a) Đất đắp cơ đê và á sét lấp hồ ao đê (1b), á cát và cát lấp hồ ao, hoặc vun đống để khai thác vật liệu xây dựng (1c)

2) Tầng bồi tích hiện đại: gồm có á sét, á cát (2a), cát (2e) phân bố ở thượng lưu đê cũ và bãi bồi (bãi ven sông và giữa sông) chiều dày từ 5m ÷ 10m, nơi đáy đê là lớp cát (2e) với chiều dày 2m÷ 4m

3) Tầng bồi tích trẻ:

- Á sét nặng, dẻo mềm (2), đất sét mịn (2b), phân bố không liên tục, chiều dày từ 0 ÷ 5m

- Á sét nhẹ, á cát chứa các chất hữu cơ có kí hiệu (3b), á cát kí hiệu (3a) phân bố cục rải rác ở nền đê các đoạn: Hồ Tây - Trúc Bạch, Bùng, Đông Mỹ với chiều dày từ 0,2m đến 5m hoặc 6m

- Á sét nặng - sét hữu cơ (3) phân bổ chủ yếu ở vùng Liên Trung, Đông

Mỹ với chiều dày từ 3m ÷ 7m

- Cát mịn trung, cát giàu bụi sét (4) phân bố tập trung tại các vùng Bùng, Đông Mỹ, nội thành, Hồ Tây, Lên Hồng

4) Đất sét hữu cơ (5) gặp nhiều ở Đông Mỹ, Tiên Tân Cát trung - thô chứa ít sạn sỏi nhỏ, chỉ gặp lẻ tẻ

5) Tầng đất sét - á sét nặng (6) phân bố ở nền các đoạn Bá Nội, Thượng Cát, Hoàng Liên, Thụy Phương, Phú Gia, Vạn Phúc

Á sét nhẹ - cát pha, kí hiệu (7) chỉ gặp ở vài nơi: Cống Liên Mạc, Thượng Cát, Phú Gia

6) Tầng bồi tích cát, cuội sỏi, kí hiệu (8) nổi cao ở vùng Thượng Cát, Phú Gia từ (-1) ÷ (-5) trở xuống, tại vùng Bùng - Đông Mỹ, Yên Phụ, gặp lớp (8) ở độ cao (-25) trở xuống

Như vậy nền đất đê có thể chia thành 3 nhóm chính:

a) Nhóm 1: Gồm các lớp có tính thấm vừa - lớn, khả năng chống áp lực thấm kém, dễ bị xói ngầm đó là:

c) Nhóm 3: đất có cường độ khá tốt, gồm các loại đất dẻo cứng đến mềm, có hệ số thấm K nhỏ, khả năng chịu tải tốt, đó là các lớp:

- Lớp (2), (2b) á sét đến sét có K < 10-5 cm/s, φ = 8 ÷ 12o, c = 0,15 ÷ 0,20 kg/cm2

- Lớp (6) á sét đến sét lateric hóa có φ = 15o, c = 0,15 kg/cm2

Ngoài ra còn có các lớp đất trung gian, có tính thấm và cường độ trung bình đó là:

- Lớp (3a) á cát - á sét nhẹ chứa các thấu kính cát

- Lớp (7) á sét nhẹ - cát pha - loại này dễ bị xói ngầm

1.1.2.3 Đặc điểm thủy văn

a Chế độ thủy văn sông Hồng

- Đặc điểm mưa lớn gây lũ lớn trên sông Hồng:

Mưa gây lũ lớn trên sông Hồng thường gồm một số đợt mưa và thường

có một vài tâm mưa, với lượng mưa ở vùng trung tâm lên tới 200mm - 700mm, tùy từng trận mưa Vùng tâm mưa mỗi trận thường bao trùm trên một diện rộng, từ 100-200km2 đến 2000-3000km2 ở các phần trung - thượng nguồn sông Đà (thuộc Việt Nam), Thao, Lô Một số trận, tâm mưa tồn tại ở cả

3 lưu vực, thậm chí cả trên lưu vực sông Thái Bình Lũ lớn trên sông Hồng thường được hình thành do mưa lớn trên lưu vực sông Đà Trong số các trận mưa gây lũ lớn trên sông Hồng, phần lớn (hơn 60%) các trận mưa có lượng mưa trên toàn lưu vực trên 1000mm, thông thường là 200mm - 500mm Đây chính là những dấu hiệu cho phép cảnh báo để chuẩn bị những biện pháp phòng chống lũ lớn trên đồng bằng Bắc Bộ

- Ảnh hưởng của công trình thủy điện Hòa Bình:

Từ năm 1987, công trình Hòa Bình ngày càng tác động mạnh mẽ hơn, làm thay đổi rõ rệt chế độ lũ hạ lưu sông Hồng từ Việt Trì về Hà Nội và ở đồng bằng sông Hồng và sông Thái Bình Quá trình lũ ở hạ du công trình Hòa

Bình có 3 dạng chính: Quá trình lũ bị điều tiết với dạng tựa như lũ tự nhiên, quá trình dạng sóng xả với nhánh lên và xuống gần như dốc đứng, và quá trình dạng sóng ngừng xả hoặc giảm xả đột ngột, với các nhánh lên và xuống gần như dốc đứng Ngoài ra, còn có tác dụng phối hợp 3 dạng điển hình này Thời gian truyền lũ về hạ lưu khi lũ chỉ bị điều tiết thông thường tương đương với thời gian truyền trong tự nhiên, nhưng khi có sóng xả, ngừng xả với biên

độ và bước sóng khác nhau thì thời gian truyền lũ ở thời điểm đóng và mở đột ngột cửa xả bị rút ngắn so với tự nhiên tới 3-6h, trên đoạn Hòa Bình - Hà Nội Chế độ dòng chảy dạng sóng xả và ngừng xả ở hạ lưu phải được đặc biệt lưu

ý trong bảo vệ đê và các khu bãi sông Hồng Hồ Hòa Bình làm giảm mực nước hạ lưu sông Hồng khi lũ lên, làm tăng mực nước khi lũ xuống, lớn nhất tới trên 2m, thường giảm đỉnh lũ lớn và làm chậm (12-30h) đỉnh lũ hạ lưu sông Hồng tại Hà Nội, đồng thời phụ thuộc rõ rệt vào tỷ lệ dòng chảy 3 sông

Đà, Thao, Lô trong tổ hợp dòng chảy hạ lưu Công trình có hiệu quả lớn trong chống lũ cho Hà Nội và ở đồng bằng Bắc Bộ, mặc dù hoạt động của các công trình có tác động khác nhau ở những thời kỳ khác nhau

b Điều kiện địa chất thủy văn khu vực:

Vùng đê sông Hồng do các thành tạo trầm tích đệ tứ, có tính thấm và thấm nước không đồng đều Trong các trầm tích đệ tứ có hai tầng thấm nước chủ yếu là tầng thấm nước không áp hoặc áp lực yếu phân bố không liên tục

và tầng thấm nước có áp phân bố liên tục trên toàn vùng

Nói chung nền đê sông Hồng có cấu trúc địa chất và đặc điểm địa chất công trình không đồng nhất Các lớp đất rời thường không lộ ra mà bị phủ bởi lớp trầm tích thấm nước yếu Chúng chỉ lộ ra cục bộ khi lớp phủ bị bóc bỏ hoặc phá vỡ, lớp phủ thấm nước yếu ở phía trong đê có lộ lên và chiều dày khác nhau Trên toàn tuyến đê, có nơi tồn tại các lớp trầm tích hạt rời của cả 2

hệ tầng Thái Bình và Vĩnh Phúc Ở những nơi này, chiều dày lớp phủ thấm

nước yếu thường không lớn Có nơi trầm tích hạt rời của 2 hệ tầng Thái Bình

và Vĩnh Phúc phủ trực tiếp lên nhau, khi đó 2 tầng thấm nước không áp và có

áp liên thông trực tiếp với nhau Mặt khác, ở mỗi đoạn đê bãi bồi cao có chiều rộng khác nhau, do đó sức cản thấm và áp lực dòng thấm của nước dưới đất tại các vị trí khác nhau của tuyến đê không giống nhau Với những đặc điểm nêu trên, khi nghiên cứu chế độ thấm qua thân và nền đê, cần phải phân biệt trong phạm vi nghiên cứu các kiểu cấu trúc nền khác nhau

1.2 Hiện trạng đoạn đê sông Hồng qua thị xã Sơn Tây

1.2.1 Hiện trạng đoạn đê qua thị xã Sơn Tây

1.2.1.1 Địa hình, địa mạo đoạn đê qua thị xã Sơn Tây

Đoạn đê sông Hồng thuộc địa phận thành phố Sơn Tây có địa hình trên cạn tương đối bằng phẳng, cao trình mặt bãi biến đổi từ +13,0 đến +15,0, cục

bộ có những vị trí mặt bãi bị hạ thấp tới cao trình +10,5 đến cao trình +11,0

Hiện nay, trên đoạn đê này đang xảy ra tình trạng lấn chiếm, xâm phạm hành lang bảo vệ đê rất nghiêm trọng Hàng chục chiếc thuyền nổ máy ầm ầm

và hệ thống vòi rồng đang thực hiện hút cát từ dưới lòng sông Phía trên bờ,

“đội quân” cần cẩu túc trực vận chuyển cát lên những chiếc xe tải trọng tải lớn đã chờ sẵn Ngày ngày, có hàng trăm lượt xe tải vận chuyển cát, sỏi “cày ải” trên thân đê

Trên toàn tuyến nơi xảy ra sự cố có khoảng hơn 200 hộ dân với 1000 nhân khẩu sống sát sông của phường Hồng Hậu và phường Yên Thịnh, ngoài ra còn có nhiều bến bãi khai thác cát nằm trong phạm vi tuyến đê và các bến bốc

dỡ, bến cảng của thị xã Sơn Tây Đặc biệt có những vị trí mép bờ lở cách chân

đê khoảng 100m, rất dễ gây sạt lở đê trong mùa mưa bão làm ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn của đê điều

1.2.1.2 Đặc điểm đường bờ

Khu vực tuyến đê xảy ra sạt lở nằm ở đoạn sông cong phía bờ hữu sông Hồng, nơi dòng chủ lưu chảy ép sát bờ với chiều dài khoảng 4600m (tương ứng từ K29+850 đến K30+050 đê hữu sông Hồng), điểm đầu tuyến tiếp giáp với bãi bồi rộng khoảng 200m, điểm cuối tuyến tiếp giáp với kè Linh Chiểu Hiện tượng dòng chảy chủ lưu áp sát bờ cùng với mật độ tàu thuyền lưu thông nhiều đã gây ra hiện tượng sạt lở bờ, làm cho đường bờ sông trở lên lồi lõm, mái dốc khá lớn, có nhiều vị trí dốc đứng chỉ 0,5-1 Chênh cao từ mực nước mùa kiệt lên tới mặt bãi khoảng 6,0m đến 7,5m tạo ra vách cao rất nguy hiểm

và dễ gây sạt trượt do sự thoát nước ngầm chảy ra lớn Đặc biệt có những vị trí mép bờ lở sát chân đê (cách chân đê khoảng 100m) uy hiếp trực tiếp tới an toàn của tuyến đê Trên toàn tuyến dự án nghiên cứu có những đoạn đã được

xử lý lát mái từ thời Pháp, cho đến nay mái đã hư hỏng nặng và không còn phát huy được hiệu quả vì vậy hiện tượng sạt lở bờ vẫn diễn ra nghiêm trọng

1.2.1.3 Đặc điểm lòng sông

Mặt cắt ngang sông đoạn chảy qua thành phố Sơn Tây rộng khoảng 300m, phía bên bờ tả xuất hiện một bãi bồi non rộng khoảng 100m Cao trình đáy lòng sông biến đổi từ -2,5 đến -6,5m, đặc biệt có những đoạn xói sâu, hố xói cục bộ cao trình lòng sông ở cao trình khoảng -11,0m Qua tham khảo tài liệu thực đo từ những năm 2001 cho đến nay cho thấy lòng sông đang có xu hướng lệch hẳn về phía bờ hữu, phía bờ tả đối diện đang dần hình thành bãi bồi Với xu hướng mặt cắt lòng sông biến đổi như hiện nay thì hiện tượng sạt

lở bờ sẽ diễn biến phức tạp, tại nhiều điểm hơn

1.2.2 Nguyên nhân gây sạt lở

Qua kết quả khảo sát hiện trạng, thu thập tài liệu, phân tích báo cáo khảo sát địa hình, địa chất và phân tích mô phỏng bài toán ứng suất, biến dạng, ổn định kè theo phương pháp phần tử hữu hạn có xét và không xét tải trọng khối cát đắp trên đỉnh kè, có thể rút ra những nhận xét dưới đây:

Đoạn bãi sông hữu Hồng tại khu vực nghiên cứu K30+050) là đoạn bãi có nền yếu, phía ngoài bãi sông có lớp đất yếu 2a phân bố trong toàn bộ khu vực với chiều dày trung bình khoảng 5,7m Lớp đất yếu số 2a làm giảm ổn định bãi sông và biến dạng nền quá lớn dưới tác dụng của tải trọng ngoài gây ra

(K29+850-Tác giả đánh giá sơ bộ nguyên nhân chính gây lún sụt bãi sông tương ứng từ K29+850 đến K30+050 đê hữu sông Hồng như sau:

1 Do sự chất cát ngoài bãi sông quá lớn (theo tính toán nếu chất cát cao 7m công trình đã mất ổn định nhưng thực tế đống cát cao đến 10-15m) cùng với sự chênh cao giữa mực nước sông (+5,23m) và bãi sông (+13,43m) lớn (8,2m)

2 Địa chất khu vực bãi sông xen kẹp lớp 2a là lớp đất yếu, chiều dày trung bình 5,7m

1.3 Các phương pháp thiết kế bảo vệ cho đoạn đê xung yếu

Trên cơ sở hiện trạng công trình, tổng hợp các ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các nhà quản lý, tác giả đã tính toán và đưa ra các biện pháp công trình như sau:

1.3.1 Phương án 1

Hạ cốt bãi đoạn sạt trượt xuống cao trình +6.5 và gia cố bằng cọc xi măng đất:

- Đỉnh kè: Cao trình đỉnh kè chọn là +13.0 bằng cao trình mặt bãi tự

nhiên trước khi có sự cố Đỉnh kè bố trí rãnh tập trung nước mặt lòng rộng 0.4m, sâu 0.3m bằng BT mác 200# , phía trong rãnh tập trung nước là đường đỉnh kè rộng 1.5m bằng bê tông M200# dày 20cm

- Mái kè: Mái kè được làm bằng đá lát khan dày 30cm trong khung bê

tông M200#, phía dưới là tầng lọc ngược gồm 10cm dăm lót và vải địa kỹ thuật Để giảm thiểu đất đào và đắp, phần mái kè được chia làm 3 đoạn mái

được phân cách nhau bởi hai cơ xen giữa Mái thứ nhất từ cao trình +5.6 đến cao trình 6.5 có hệ số mái m=2.0 Tiếp theo mái thứ nhất là cơ kè có độ dốc thoải từ trong ra ngoài với chênh cao 0.5m để dễ cho việc thoát nước mái Sâu

cơ thứ nhất từ cao trình +7.0 đến cao trình từ (+8.5) đến (+9.5) là mái kè thứ hai có hệ số mái m=2.0 Tiếp theo mái kề thứ hai là cơ kè thứ hai được thiết

kế dốc ra ngoài tương tự như cơ kè thứ nhất Từ cơ kè thứ hai lên đến đỉnh kè

là mái kè thứ ba có hệ số mái m=3.0, để tăng ổn định đoạn mái kè này được chia làm đôi bởi dầm dọc giữa mái

- Chân kè: Chân kè bố trí dầm bê tông M200# hình chữ nhật bxh=

0.5x0.5m Để tăng cường độ chống cắt cho đất nền dưới chân kè được gia cố

bằng cọc xi măng đất có thông số như sau:

- Chiều dài cọc: L=17,5m (đỉnh cọc cao độ +5.20; đáy có cao độ

0.5x0.5m Để tăng cường lực chống đỡ khối đắp mái kè, đóng 02 hàng cọc,

hàng cọc ngoài cùng các cọc được đóng cách nhau 1.0m và nằm dưới dầm chân khay, được đập đầu cọc để liên kết với thép dầm chân khay tạo thành hệ

đài cọc; hàng cọc thừ hai nằm phía trong cách hàng cọc đầu 2.0m, cọc cách cọc 2.0m và cũng được đập đầu cọc để liên kết neo với hệ cọc ngoài và dầm chân khay bằng hệ thống dầm ngang bằng BTCT kích thước (0.35x0.35)m và được liên kết với nhau bằng dầm dọc kích thước (0.35x0.35)m.

1.3.3 Lựa chọn phương án

Hai phương án kết cấu trên đều có ưu và nhược điểm riêng:

- Phương án 1 có ưu điểm là công nghệ thi công cọc xi măng đất có thiết bị thi công đơn giản, gọn nhẹ; thi công nhanh, có thể làm song song công tác lát mái kè với thi công cọc dẫn đến thời gian thi công được rút ngắn hoàn thành được trước mùa mưa bão Hiện nay có nhiều nhà thầu có sẵn thiết bị máy móc nên có thể chủ động về tiến độ thi công

- Phương án 2 là phương án xử lý truyền thống đã áp dụng thành công

ở nhiều công trình Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là cần vận chuyển thiết bị có trọng lượng không nhỏ vào khu vực công trình để thi công cọc chân kè Cọc có chiều dài lớn nên phải nối cọc khi thi công Thời gian đúc cọc lớn (ít nhất 28 ngày để cọc đạt cường độ kể từ ngày đúc) nên thời gian thi công kéo dài ảnh hưởng đến kế hoạch hoàn thành công trình đưa vào chống lũ trước mùa mưa lũ

Căn cứ vào các ưu, nhược điểm của hai phương án, yêu cầu phải thi công xong ngay trong mùa kiệt để có thể đưa vào chống lũ, tác giả lựa chọn phương án 1 để tiến hành xử lý sự cố sạt lở

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN

DẠNG VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐOẠN ĐÊ XUNG YẾU

2.1 Cơ sở phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của đê

2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán

Về mặt phương pháp tính, để xác định trạng thái ứng suất - biến dạng chúng ta có thể sử dụng các phương pháp sau :

2.1.2 Cơ sở phân tích ứng suất biến dạng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

2.1.2.1 Sơ lược về lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ra đời vào cuối những năm 50 nhưng rất ít được sử dụng vì công cụ tính toán còn chưa phát triển Vào cuối những năm 60, phương pháp PTHH đặc biệt phát triển nhờ vào sự phát triển nhanh chóng và sử dụng rộng rãi của máy tính điện tử Đến nay có thể nói rằng phương pháp PTHH được coi là phương pháp có hiệu quả nhất để giải các bài toán cơ học vật rắn nói riêng và các bài toán cơ học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thủy khí lực học, bài toán về từ trường và điện trường

Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp PTHH là dễ dàng lập chương trình để giải trên máy tính, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa tính toán hàng loạt kết cấu với những kích thước, hình dạng, mô hình vật liệu và điều kiện làm việc khác nhau

Phương pháp PTHH cũng thuộc loại bài toán biến phân, song nó khác với các phương pháp biến phân cổ điển như phương pháp Ritz, phương pháp Galerkin… ở chỗ nó không tìm dạng hàm xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miền nghiên cứu mà chỉ trong từng miền con thuộc miền nghiên cứu đó Điều này đặc biệt thuận lợi đối với những bài toán mà miền nghiên cứu gồm nhiều miền con có những đặc tính cơ lý khác nhau, ví dụ như bài toán phân tích ứng suất trong đập, trong nền không đồng chất, bài toán thấm qua đập vật liệu địa phương…

2.1.2.2 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH

1 Chia miền tính toán thành nhiều các miền con gọi tắt là các phần tử Các phần tử này được nối với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút Các điểm nút này có thể là đỉnh các phần tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên mặt (cạnh) của phần tử

Các phần tử thường được sử dụng là các phần tử dạng thanh, dạng phẳng, dạng khối trên hình 2-1

2 Trong phạm vi của mỗi phần tử ta giả thiết một dạng phân bố xác định nào đó của hàm cần tìm, có thể là: Hàm chuyển vị, hàm ứng suất, cũng

có thể là cả hàm chuyển vị và cả hàm ứng suất

Thông thường giả thiết các hàm này là những đa thức nguyên mà các

hệ số của đa thức này gọi là các thông số Trong phương pháp PTHH, các thông số này được biểu diễn qua các trị số của hàm và có thể là các trị số của các đạo hàm của nó tại các điểm nút của phần tử

Phần tử thanh Phần tử phẳng Phần tử khối

Hình 2.1: Các dạng phần tử thường sử dụng trong PTHH

Ví dụ: Nếu hàm cần tìm là hàm chuyển vị thì các hệ số của hàm xấp xỉ

sẽ được xác định qua các chuyển vị và các đạo hàm của các chuyển vị ở các nút của phần tử

Tùy theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ mà trong các bài toán kết cấu ta thường chia 3 loại mô hình:

a Mô hình tương thích: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng

dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange

b Mô hình cân bằng: Ứng với mô hình này ta biểu diễn dần đúng dạng

phân bố của ứng suất hay nội lực trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano

c Mô hình hỗn hợp: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng

phân bố của cả chuyển vị lẫn ứng suất trong phần tử Ta coi chuyển vị và ứng suất là 2 yếu tố độc lập riêng biệt Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reisner-Hellinger

Như trên đã nói, các hàm xấp xỉ thường được chọn dưới dạng đa thức nguyên Dạng của đa thức này được chọn như thế nào đó để bài toán hội tụ,

có nghĩa là ta phải chọn đa thức thế nào đó để khi tăng số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán sẽ tiệm cận tới kết quả chính xác

Chú ý rằng hàm xấp xỉ cần phải chọn để đảm bảo được một số yêu cầu nhất định, nhưng để thỏa mãn một cách chặt chẽ tất cả các yêu cầu thì sẽ có nhiều phức tạp trong việc chọn mô hình và lập thuật toán giải Do đó trong thực tế người ta phải giảm bớt một số yêu cầu nào đó nhưng vẫn đảm bảo nghiệm đạt được độ chính xác yêu cầu

Trong 3 mô hình trên thì mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả, còn 2 mô hình sau chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài toán nhất định

3 Thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán:

Để thiết lập hệ phương trình cơ bản cho bài toán giải bằng phương pháp PTHH ta dựa vào các nguyên lý biến phân Từ các nguyên lý biến phân

ta rút ra được hệ phương trình cơ bản của bài toán dựa trên thuật toán của phương pháp PTHH có dạng hệ phương trình đại số tuyến tính:

4 Giải hệ phương trình cơ bản:

Giải hệ (2-1) sẽ tìm được các ẩn số tại các điểm nút của toàn miền nghiên cứu

5 Xác định các đại lượng cơ học cần tìm khác:

Để xác định các đại lượng cơ học cần tìm khác ta dựa vào các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi

2.1.3 Lựa chon phần mềm tính toán ứng suất biến dạng

Hiện nay có khá nhiều phần mềm tính toán phục vụ cho thiết kế và thi công về địa kỹ thuật như bộ phần mềm GEO-SLOPE, PLAXIS, GEO5, PLAC Mỗi phần mềm đều có thế mạnh, điểm yếu riêng Về lĩnh vực tính toán ứng suất biến dạng tác giả nhận thấy modul SIGMA/W của phần mềm GEO-SLOPE do Công ty GEO-SLOPE International Ltd của Canada sản xuất

là phù hợp nhất Modul SIGMA/W của phần mềm Geo-slope dễ dàng tính toán trạng thái ứng suất biến dạng đê, cho kết quả tính toán khá chính xác,

- Sơ lược về lý thuyết của Modul SIGMA/W:

SIGMA/W là một trong các mô đun của bộ phần mềm GEO-SLOPE,

nó có thể được sử dụng để phân tích ứng suất và biến dạng trong môi trường đất đá theo phương pháp phần tử hữu hạn

Do cấu tạo công thức tổng quát SIGMA/W có thể phân tích được các bài toán biến dạng phẳng, đối xứng trục theo lý thuyết chuyển vị, biến dạng

nhỏ về nền móng, khối đắp, hố móng, tunen, tính toán áp lực lỗ rỗng tăng thêm khi chất tải và quá trình tiêu tan của nó

Khi kết hợp với các sản phẩm khác của phần mềm GEO-SLOPE như SEEP/W để giải bài toán cố kết thấm, với SLOPE/W để đánh giá ổn định tổng thể và cục bộ của mái dốc theo ứng suất phân tố, với CTRAN/W để phân tích

ô nhiễm nước dưới đất…

Khi ghép đôi với SEEP/W hoặc SLOPE/W (hai modunl của SLOPE Office) mỗi cặp đôi này hoặc có thể phân tích các bài toán cố kết thấm hoàn toàn ghép đôi, do đó có thể mô hình hoá sự tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian trong quá trình đắp đất hoặc có thể phân tích ổn định của mái đất trong qúa trình thi công, do đó có thể áp dụng nó vào việc tính toán - thiết kế các công trình xây dựng, Địa kỹ thuật và khai thác mỏ có liên quan

GEO-2.2 Cơ sở tính toán ổn định của mặt căt đê

2.2.1 Phương pháp phân tích cân bằng giới hạn chia thỏi

Để tính toán hệ số an toàn (K), ta chia khối trượt thành n thỏi bởi (n-1) mặt cắt song song thẳng đứng như trên hình 2.2

Hình 2.2: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định

Xét các lực tác dụng vào 1 thỏi trượt có thể có: Trọng lượng bản thân lát, lực pháp tuyến, lực tiếp tuyến ở mặt bên và đáy lát, áp lực thấm, lực do động đất, tải trọng công trình áp lực nước do mái dốc ngập nước, áp lực nước

trong khe nứt

Hệ số an toàn (K) và vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất được xác định

bằng cách thử dần Giả thiết nhiều mặt trượt khác nhau, với mỗi mặt trượt giả

định, xác định các lực tác dụng vào từng lát trượt đã được chia nhỏ, dùng các

phương trình cân bằng tĩnh học để xác định hệ số an toàn tương ứng

2.2.1.1 Phương pháp Bishop đơn giản

Khái niệm áp lực lỗ rỗng (u) và ứng suất hiệu quả (σ') được K.Terzaghi

= : Cột nước đo áp lỗ rỗng ở điểm giữa của đáy cột đất tính toán

Dòng thấm có áp sẽ làm thay đổi giá trị ứng suất tổng: ứng suất tổng

tăng thì ứng suất hiệu quả giảm làm ảnh hưởng đến ổn định đê

Phương pháp tính ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop đơn giản

(bỏ lực ma sát tương tác giữa các thỏi ) được tính như sau:

=

i i

i i

i

sin G

' tg ' N l ' c K

trong đó:

c'i,ϕ'i : Lần lượt là lực dính đơn vị, góc nội ma sát ở chỉ tiêu chống cắt hiệu quả của đất

Gi : Trọng lượng riêng của dải đất (kN)

li : Chiều dài dây cung của đáy dải đang tính toán (m)

N': Là đại lượng được xác định theo công thức: